Модернізація релейного захисту відкритого розподільчого пристрою

На сучасному етапі розвиток енергетики обумовлює підвищення потужностей електростанцій, збільшення протяжності електричних мереж і ускладнення їх конфігурації. Такі кількісні зміни в енергосистемі вимагають, в свою чергу, нових якісних змін у вимогах до параметрів пристроїв релейного захисту, а в ряді випадків виникає необхідність і в створенні принципово нових пристроїв. Особливо це є актуальним зараз, коли Бурштинська ТЕС працює, в так званому, "Бурштинському Острові" паралельно до енергосистеми центральної і східної Європи UCTE. Тому вимоги, які ставляться, як до виробництва, так і до передачі і розподілу електроенергії є значно вищими, ніж були до цього часу.

Для забезпечення вищевказаних вимог було розроблено та впроваджено комплекс заходів по модернізації та реконструкції кіл вторинної комутації лінії електропередач Бурштин – Західно-Українська – 1, по якій, при існуючому режимі, передається основна частина виробленої на Бурштинській ТЕС електроенергії.

Було замінено фізично і морально застарілий комплекс резервних захистів лінії:

¾ дистанційного захисту (ДЗ-503);

¾ струмових захистів нульової послідовності (СЗНП);

¾ автоматичного повторного включення АПВ (РПВ-58);

¾ пристрою резервування відмови вимикача (ПРВВ),

які вже відпрацювали свій технічний ресурс, оскільки є вісімдесятих років випуску та впровадити сучасний комплекс мікропроцесорних захистів лінії типу 7SA513 фірми "SIEMENS".

Вказаний комплекс захистів володіє всіма необхідними вимогами, які згідно нормативного документа: "Технічна експлуатація електричних станцій і мереж" (Правила від 13 червня 2003 року) ставляться перед пристроями релейного захисту і автоматики, а саме:

¾ надійністю;

¾ швидкодією;

¾ чутливістю;

¾ селективністю.

Також виконано заміну панелі керування вимикачем для виконання пофазного керування (див.лист № 7).

Пристрій 7SA513 фірми SIEMENS є багатофункціональним, мікропроцесорним. Конструктивно пристрій виконано у вигляді окремого блока в металевому корпусі. З лицевого боку на пристроях розташовані органи керування і настроювання:

¾ пульт оператора: плівкова клавіатура і вмонтований дворядковий дисплей;

¾ набір світло діодів для інформування користувачів про різні режими роботи пристрою у випадку спрацювання або несправності;

¾ рознім (разьем) для під’єднання через послідовний інтерфейс зовнішнього комп’ютера, для обміну інформацією з захистом і зміни параметрів пристрою;

¾ мікроперемикач для подання та зняття напруги живлення пристрою;

¾ додаткові клавіші для керування пристроєм при закритій лицевій кришці.

Дворядковий дисплей і плівкова клавіатура призначені для внесення змін в настройки, отримання інформації про уставки, робочий або аварійний режим у мережі. Застосовуються при виконанні операцій з невеликим обсягом даних.

З зворотнього боку до затискачів пристрою підводяться кола струмку, напруги, вимкнення вимикачів, сигналізації і кола взаємодії з іншими пристроями.

Інформація від пристрою РЗА "SIEMENS" видається:

¾ на світлодіоди, сигнальні реле і зовнішні вказівні реле та світлове табло рівень чергового та релейного персоналу);

¾ через поле індикації вмонтованого дисплея або ПЕОМ (рівень чергового та релейного персоналу).

Черговий персонал повинен фіксувати інформацію з пристрою РЗА "SIEMENS" по свіченню світлодіодів і спрацюванню вказівних реле. При цьому повинно враховуватись, що при кожному наступному пуску пристрою (або спрацюванні у випадку неуспішного АПВ), стан світлодіодів відображає інформацію пристрою при останньому спрацюванні, а вказівні реле можуть відображати інформацію, яка накопичена під час декількох спрацювань пристрою.

Зелені світлодіоди вказують на готовність пристрою до роботи. Свічення червоного світлодіода "Storung/Blocked" свідчить про несправність пристрою і його блокування.

Релейним або спеціально навченим черговим персоналом фіксується інформація про спрацювання і стан пристрою через поле індикації або ПЕОМ. При відсутності пошкоджень в мережі в кожному з двох рядків вмонтованого дисплея індикується робоча інформація. У випадку пошкодження в мережі на дисплеї з'являється інформація про пошкодження (наприклад: пошкоджена фаза, час від моменту пуску пристрою до його спрацювання на вимкнення і т.д.) Характер цієї робочої та аварійної інформації визначається під час налагодження пристрою.

Пристрій, завдяки допоміжним функціям, також дозволяє:

¾ реєструвати робочі повідомлення (блок 5100);

¾ реєструвати повідомлення про пошкодження (блоки 5200,5300,5400);

¾ виконувати зчитування виміряних робочих величин (блок 5700);

¾ вести статистику вимкнень - увімкнень вимикачів (блок 5600).

З допомогою додаткової ПЕОМ з встановленою на ній сервісною програмою DIGSI можна зчитувати необхідну інформацію на екрані монітора і виводити її на друк або перезапис для аналізу або архівації. Випадок пошкодження в мережі починається з моменту пуску захисту і закінчується циклом успішного або неуспішного АПВ, з обмеженням по часу 5 с. Пристрій зберігає інформацію про три останні пошкодження в мережі. При подальшому виникненні, пошкоджень в мережі інформація поновлюється з збереженням трьох (включаючи останнє) випадків пошкоджень загальною тривалістю до 10 с.

В пристрої є можливість отримувати поточні робочі виміри, наприклад, пристроєм 7SA513 можна заміряти величини струмів, напруг, активної і реактивної потужності (ефективні значення або середні за 100 мс), частоти.

Пристрої фірми SIEMENS обладнані системою контролю апаратних і програмних засобів.

Контроль апаратних засобів здійснюється на ділянці від вимірних, входів до обмоток командних реле. Контролюються відповідні рівні опорних напруг і напруг живлення. При недопустимому відхиленні величин, які контролюються, захист блокується. Для підвищення надійності, керування командними колами здійснюється через два командні і один додатковий дозволяючі канали. При відсутності пуску захисту процесор циклічно контролює кожний канал окремо і аналізує інформацію.

При пошкодженні каналу або обмотки командного реле пристрій блокується і видається сигнал "Несправність".

Блоки запам'ятовуючих пристроїв реєстрації (ЗП) також періодично контролюються на несправність. В оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗП) записується інформація, яка порівнюється з визначеною сумою, що створюється при кожному процесі зміни.параметрів.

Тестування програмних засобів здійснюється спеціальною сторожовою схемою шляхом виміру часу проходження контрольних програм. Схема спрацьовує при виході з ладу процесора або "збоях" програми і забезпечує приведення програми в початковий стан та її повторний пуск: Після триразового неуспішного пуску пристрій автоматично блокується і видасться сигнал "Несправність".

Контроль справності зовнішніх кіл струму і напруги здійснюється циклічно при відсутності пошкодження в мережі, по наявності:

¾ симетрії струмів;

¾ симетрії напруг;

¾ пропадання напруги;

¾ правильного обертання полів величин, що контролюються.

Повідомлення, в пристроях фірми SIEMENS дозволяють аналізувати роботу пристроїв при КЗ і отримувати інформацію про функціонування пристроїв, а також ситуаційні зміни в них (робочі повідомлення).

Блок 5100 - робочі повідомлення. Інформація про стан або зміни функцій пристрою, параметрів і т.д. В ЗП записується до 50 повідомлень. При збільшенні кількості повідомлень найстаріші стираються.

Блоки 5200, 5300, 5400 – повідомлення про останні три випадки пошкоджень в мережі. При виникненні нового пошкодження найстаріші дані стираються. При кожному пошкодженні в мережі може запам'ятовуватись до 80 різних повідомлень. Всі повідомлення про одне пошкодження в мережі, включаючи пошкодження та цикл АПВ, займають один блок ЗП.

Кількість вимкнень від дії пристрою 7SA513 підраховується окремо для кожної фази вимикача. Крім цього визначається струм для кожної фази вимикача, величина якого виводиться в повідомленнях і зберігається в ЗП.

Окремо підраховується кількість команд на увімкнення при однофазному автоматичному повторному ввімкненні (ОАПВ), швидкодіючому автоматичному повторному ввімкненні (ШАПВ), трифазному автоматичному повторному ввімкненні(ТАПВ) в пристроях 7SА513.

Для кожного з пристроїв 7SA513, може бути виконано по 4 набори параметрів (уставок). Ці набори уставок можуть вибиратися і вводитися оперативно перемикачами в залежності від зміни режиму роботи лінії або суміжної мережі.

Пристрій є комплексним, багатофункціональним, вміщує в собі всі необхідні для захисту високовольтної лінії функції, а саме:

¾ триступеневий захист на дистанційному принципі від всіх видів коротких замикань (КЗ) з двома додатковими керованими ступенями;

¾ АПВ (ОАПВ, ШАПВ, ТАПВ), при чому трифазне АПВ може виконуватись з контролями наявності/відсутності напруги на лінії та шинах і контролем синхронізму;

¾ пристрій визначення віддалі до місця пошкодження на лінії;

¾ реєстратор аналогових і дискретних аварійних сигналів;

¾ аварійний струмовий захист;

¾ резервний струмовий захист;

¾ захист від високоомних перехідних коротких замикань (КЗ) на землю.

Перший ступень дистанційного захисту охоплює зону на 70-80% довжини лінії, яку захищає, і діє без витримки часу, а 2-ий і 3-ій ступені захисту охоплюють лінію повністю і діють з витримкою часу, причому виконують також функцію дальнього резервування. В захисті є можливість вводу керованого ступеня Z1B, чим забезпечується селективне вимкнення всіх видів КЗ на лінії без витримки часу.

Пристрій автоматичного ОАПВ і ТАГІВ призначений для дії на один вимикач. АПВ пристрою може взаємодіяти з іншими зовнішніми пристроями АПВ. Пуск АПВ відбувається за фактом спрацювання захистів і готовності вимикача (для повітряного вимикача це контроль тиску повітря) до циклу вимкнення-увімкнення-вимкнення (ВУВ). Пристрій має також систему контролю напруги (наявність, відсутність, синхронізм), яка може використовуватись при АПВ і ручному увімкненні.

Визначення віддалі до місця пошкодження на лінії виконується при пуску дистанційного захисту. Результат розрахунку віддалі може виводитись пристроєм у декількох варіантах:

¾ короткозамкнутий шлейф;

¾ опір до місця КЗ;

¾ віддаль до місця КЗ (в км):

¾ віддаль до місця КЗ в процентах довжини лінії.

Аварійний струмовий захист автоматично вводиться в роботу при порушенні кіл напруги з блокуванням і автоматичним виводом з роботи дистанційного захисту. При відновленні кіл напруги захист повертається в попередній стан. Аварійний струмовий захист має два ступеня максимального струмового захисту (МСЗ) від міжфазних КЗ і два ступеня ненапрямленого струмового захисту нульової послідовності (СЗНП) від КЗ на землю. Діє тільки на трифазне вимкнення без пуску АПВ.

Резервний струмовий захист, аналогічно аварійному захисту, має два ступеня МСЗ з пофазними струмовими реле і два ступеня СЗНП від КЗ на землю. Всі ступені - ненапрямлені. Захист призначений для резервування дистанційного захисту і введений в роботу постійно разом з іншими функціями 7SA513. Захист працює без телеприскорення. Ступені МСЗ і ступені СЗНП діють у всіх випадках на вимкнення трьох фаз з пуском ТАПВ.

Земляний захист від високоомних КЗ на землю призначений для резервування дистанційного захисту при КЗ на землю з великим перехідним опором. Виконаний, як одноступеневий напрямлений земляний захист з додатковим ненапрямленим ступенем. Захист постійно введений в роботу, діє на вимкнення трьох фаз з пуском ТАПВ і блокується в циклі ОАПВ. Напрямлений ступень може телеприскорюватись по команді №14 з протилежного кінця ПЛ і діє на вимкнення однієї фази з пуском ОАПВ.

Захист від увімкнення на пошкодження призначений для миттєвого вимкнення при увімкненні вимикача на- КЗ. Виконаний як МСЗ з пофазним пуском і діє на вимкнення 3-х фаз без АПВ.Вводиться в роботу на 0,3 с при будь-якому увімкненні вимикача.

Порівняння вищевказаних функцій і можливостей багатофункціонального захисту 7SA513 з функціями і можливостями резервних захистів, які пропонується замінити, проводжу на основі порівняльної таблиці 14.1

 

Таблиця 14.1– Порівняльна таблиця

№ n/n	Функції	7SA513	ДЗ-503 СЗНП РПВ-58(АПВ) ПРВВ
	Мінімальний час спрацювання захисту t, мс
	Можливість зміни набору уставок в залежності від режиму роботи енергосистеми	4 незалежних набори установок
	Однофазне автоматичне повторне включення лінії (ОАПВ)	є	-
	Трифазне автоматичне повторне включення лінії (ТАПВ)	є	є
	Автоматичне визначення відстані до місця КЗ під час аварії	є	-
	База даних для реєстрації аварійних пошкоджень лінії і подальшого аналізу роботи захисту під час аварії	є (зберігає інформацію про три останні пошкодження)	-
	Система автоматичного контролю справності захисту	є	-
	Система автоматичного контролю справності зовнішніх кіл: ¾ струму; ¾ напруги	є є	- є
	Нормовані значення використання затрат часу ремонтним та оперативним персоналом під час регламентних та післяаварійних перевірок (людино-годин)	115,16	312,24

 

Ще одним з позитивних факторів захисту 7SA513 є пофазне керування повітряним вимикачем. Оскільки в більшості випадків (під час успішного ОАПВ) короткочасне (на час ОАПВ) вимкнення тільки пошкодженої фази лінії практично не впливає на стійкість енергосистеми і окремих споживачів зокрема. Проаналізувавши статистику аварійних ліній на Бурштинській ТЕС за останні десять років (з 1994 по 2004 рр.), де було зафіксовано 124 аварійних вимкнень ліній, з них 113 випадків однофазних коротких замикань, 88 випадків АПВ на яких були успішними. Можна зробити висновок, що впровадивши сучасний комплекс мікропроцесорних захистів лінії типу 7SA513 значно покращиться надійність захисту як лінії зокрема, так і енергосистеми в цілому. При цьому значною мірою зменшаться збитки споживачів від перерв в електропостачанні, а також зменшаться витрати на оплату персоналу, який обслуговує пристрої релейного захисту й автоматики.